PIC Studio 功能與應(yīng)用：CWDM光收發(fā)器設(shè)計(jì)原理與實(shí)踐

  PIC Studio 功能與應(yīng)用：CWDM光收發(fā)器設(shè)計(jì)原理與實(shí)踐

  隨著數(shù)據(jù)中心流量的不斷擴(kuò)大，所需的連接帶寬也在不斷增加。硅光子技術(shù)已經(jīng)成為一種能夠滿足這些連接需求的技術(shù)，它具有高容量和高性價(jià)比的平臺(tái)，許多接口標(biāo)準(zhǔn)和多源協(xié)議 (Multi-Source-Agreements, MSA)已經(jīng)形成，以應(yīng)對(duì)400G市場(chǎng)，其中每個(gè)都非常適合硅基光子技術(shù)。其中CWDM4 MSA[2]的目標(biāo)是在數(shù)據(jù)中心應(yīng)用中，運(yùn)行達(dá)2公里的低成本100G光接口的通用規(guī)范。該MSA使用CWDM(粗波分復(fù)用)技術(shù)，將4個(gè)通道的25Gb/s光復(fù)用到雙工單模光纖(SMF)上并解復(fù)用。在本文中，利用pLogic搭建鏈路并通過(guò) pSim進(jìn)行鏈路仿真，演示了CWDM硅基光電子收發(fā)器的設(shè)計(jì)和仿真案例，它由以所有4個(gè)波長(zhǎng)通道為中心的激光器、微環(huán)調(diào)制器 (MRM )和波分復(fù)用器(MUX)以及解復(fù)用器(DEMUX)組成，可以仿真背靠背(Back-to-Back)以及加上短距離光纖之后的傳輸質(zhì)量。pLogic以及pSim均為國(guó)產(chǎn)EDA軟件PIC Studio光電融合設(shè)計(jì)全流程的模塊。

圖1：國(guó)產(chǎn)EDA軟件 PIC Studio光電融合設(shè)計(jì)全流程

  鏈路功能說(shuō)明

  CWDM是一種適用于短程WDM傳輸系統(tǒng)的實(shí)用技術(shù)。在本文中，CWDM光收發(fā)器的結(jié)構(gòu)可分為兩部分。一種是CWDM多路復(fù)用/解復(fù)用系統(tǒng)，另一種是帶NRZ-OOK信號(hào)系統(tǒng)的CWDM 收發(fā)器。

  關(guān)于CWDM(解)復(fù)用器，利用pLogic搭建(解)復(fù)用器原理圖，如下圖所示，激光源用作從光網(wǎng)絡(luò)分析儀(ONA_1)的op_4端口發(fā)送的光源。分光器(SPLT_1)用于將激光源從一個(gè)端口分離到四個(gè)端口。四個(gè)激光源用作光源以發(fā)射到多路復(fù)用器(MUX_2)。解復(fù)用器(MUX_1)用于分離四個(gè)波長(zhǎng)。最后，使用四個(gè)ONA_1檢測(cè)器來(lái)檢測(cè)接收信號(hào)。

  圖2：利用pLogic搭建(解)復(fù)用器原理圖

  關(guān)于帶NRZ-OOK信號(hào)系統(tǒng)的CWDM光收發(fā)器，利用pLogic搭建，如下圖所示，偽隨機(jī)比特序列(PRBS_4)和不歸零碼(NRZ_4)，用于產(chǎn)生隨機(jī)通斷鍵控(OOK)信號(hào)。在NRZ_4之后，一部分被發(fā)送到眼圖(eye_1)作為參考信號(hào)，另一部分被用作MRM的電端口(RING_1)，以通過(guò)低通RC濾波器濾除高頻信號(hào)。連續(xù)激光器(CWL_5)作為光源發(fā)射到環(huán)1的光端口。這種設(shè)置被稱(chēng)為一組發(fā)射機(jī)(Tx)側(cè)。有四組Tx側(cè)發(fā)射到光復(fù)用器(MUX_3)。通過(guò)MUX_3后，四個(gè)端口合并為一個(gè)端口。然后，光纖(FIBER_1)用于短距離(2km)傳輸這些光信號(hào)。使用解復(fù)用器(MUX_4)以將這些信號(hào)從一個(gè)端口分離到四個(gè)端口。Pin光電探測(cè)器(PIN_2)用于將信號(hào)從光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。低通RC濾波器(LPF_5)用于濾除高頻信號(hào)。最后，利用眼圖分析傳輸信號(hào)通過(guò)整個(gè)系統(tǒng)后的質(zhì)量。從光電探測(cè)器到分析儀，這種設(shè)置稱(chēng)為接收器(Rx)側(cè)。

  圖3：利用pLogic搭建NRZ-OOK信號(hào)收發(fā)系統(tǒng)原理圖

  工作原理說(shuō)明

  在 pLogic中，連接每個(gè)器件的導(dǎo)線后執(zhí)行仿真，模擬結(jié)果將顯示如圖所示。結(jié)果表明， 有四個(gè)傳輸波長(zhǎng)(1278.64nm、1298nm、1318nm、1338.58nm)，最大功率約為-6dB。

  圖4：CWDM(解)復(fù)用器的仿真結(jié)果

  關(guān)于帶NRZ-OOK信號(hào)系統(tǒng)的CWDM光收發(fā)器，通過(guò)pSim仿真可得到如圖所示結(jié)果。傳輸距離為2km后，結(jié)果表明眼圖是開(kāi)放和清晰的。細(xì)節(jié)的自定義器件的操作方法、參數(shù)以及仿真設(shè)置在「基于pSim的硅基光電子集成鏈路設(shè)計(jì)」教程中都有詳述，在此不贅述。

  圖5：通過(guò)pSim仿真可得到 CWDM(解)復(fù)用器的仿真結(jié)果